Es el circuito
integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de
ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es
un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos.
Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como
microcomputador.
Es el encargado
de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de
usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel,
realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar,
multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
Esta unidad
central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una
unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo
en coma flotante(conocida antiguamente como «co-procesador matemático»).
El
microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la
placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable
funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un
disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica,
como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del
calor absorbido por el disipador. Entre el ventilador y la cápsula del microprocesador
usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor.
Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de
células peltier para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan
casi exclusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas
de overclocking.
La medición del
rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen
diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente
efectividad por procesadores de la misma gama. Una métrica del rendimiento es
la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la
misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de
diseños con los cuales se comercializan los procesadores de una misma marca y
referencia. Un sistema informático de alto rendimiento puede estar equipado con
varios microprocesadores trabajando en paralelo, y un microprocesador puede, a
su vez, estar constituido por varios núcleos físicos o lógicos. Un núcleo
físico se refiere a una porción interna del microprocesador cuasi-independiente
que realiza todas las actividades de una CPU solitaria, un núcleo lógico es la
simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más eficiente el
procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor número de elementos
dentro del propio procesador, aumentando así la eficiencia energética y la
miniaturización. Entre los elementos integrados están las unidades de punto
flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y
procesadores dedicados de video
La evolución del
microprocesador
El
microprocesador es producto surgido de la evolución de distintas tecnologías
predecesoras, básicamente de la computación y de la tecnología de
semiconductores. El inicio de esta última data de mitad de la década de 1950;
estas tecnologías se fusionaron a principios de los años 1970, produciendo el
primer microprocesador. Dichas tecnologías iniciaron su desarrollo a partir de
la segunda guerra mundial; en este tiempo los científicos desarrollaron
computadoras específicas para aplicaciones militares. En la posguerra, a
mediados de la década de 1940, la computación digital emprendió un fuerte
crecimiento también para propósitos científicos y civiles. La tecnología
electrónica avanzó y los científicos hicieron grandes progresos en el diseño de
componentes de estado sólido (semiconductores). En 1948 en los laboratorios
Bell crearon el transistor.
En los años 1950,
aparecieron las primeras computadoras digitales de propósito general. Se
fabricaron utilizando tubos al vacío o bulbos como componentes electrónicos
activos. Módulos de tubos al vacío componían circuitos lógicos básicos, tales
como compuertas y flip-flops. Ensamblándolos en módulos se construyó la
computadora electrónica (la lógica de control, circuitos de memoria, etc.). Los
tubos de vacío también formaron parte de la construcción de máquinas para la
comunicación con las computadoras.
Para la
construcción de un circuito sumador simple se requiere de algunas compuertas
lógicas. La construcción de una computadora digital precisa numerosos circuitos
o dispositivos electrónicos. Un paso trascendental en el diseño de la
computadora fue hacer que el dato fuera almacenado en memoria. Y la idea de
almacenar programas en memoria para luego ejecutarlo fue también de fundamental
importancia (Arquitectura de von Neumann).
La tecnología de
los circuitos de estado sólido evolucionó en la década de 1950. El empleo del
silicio, de bajo costo y con métodos de producción masiva, hicieron del
transistor el componente más usado para el diseño de circuitos electrónicos.
Por lo tanto el diseño de la computadora digital tuvo un gran avance con el
reemplazo del tubo al vacío por el transistor, a finales de la década de 1950.
A principios de
la década de 1960, el estado de arte en la construcción de computadoras de estado
sólido sufrió un notable avance; surgieron las tecnologías en circuitos
digitales como: RTL (Lógica Transistor Resistor), DTL (Lógica Transistor
Diodo), TTL (Lógica Transistor Transistor), ECL (Lógica Complementada Emisor).
A mediados de los
años 1960 se producen las familias de circuitos de lógica digital, dispositivos
integrados en escala SSI y MSI que corresponden a baja y mediana escala de
integración de componentes. A finales de los años 1960 y principios de los 70
surgieron los sistemas a alta escala de integración o LSI. La tecnología LSI
fue haciendo posible incrementar la cantidad de componentes en los circuitos
integrados. Sin embargo, pocos circuitos LSI fueron producidos, los
dispositivos de memoria eran un buen ejemplo.
Las primeras calculadoras
electrónicas requerían entre 75 y 100 circuitos integrados. Después se dio un
paso importante en la reducción de la arquitectura de la computadora a un
circuito integrado simple, resultando uno que fue llamado microprocesador,
unión de las palabras «Micro» del griego μικρο-, «pequeño», y procesador. Sin
embargo, es totalmente válido usar el término genérico procesador, dado que con
el paso de los años, la escala de integración se ha visto reducida de
micrométrica a nanométrica; y además, es, sin duda, un procesador.
El primer microprocesador fue el Intel 4004,1
producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora y resultó
revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores, era un
microprocesador de arquitectura de 4 bits que podía realizar hasta 60.000
operaciones por segundo trabajando a una frecuencia de reloj de alrededor de
700KHz.
El primer microprocesador de 8 bits fue el
Intel 8008, desarrollado a mediados de 1972 para su uso en terminales
informáticos. El Intel 8008 integraba 3300 transistores y podía procesar a
frecuencias máximas de 800Khz.
El primer microprocesador realmente diseñado
para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que
contenía 4500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo
trabajando a alrededor de 2MHz.
El primer microprocesador de 16 bits fue el
8086. Fue el inicio y el primer miembro de la popular arquitectura x86,
actualmente usada en la mayoría de los computadores. El chip 8086 fue
introducido al mercado en el verano de 1978, pero debido a que no había
aplicaciones en el mercado que funcionaran con 16 bits, Intel sacó al mercado
el 8088, que fue lanzado en 1979. Llegaron a operar a frecuencias mayores de
4Mhz.
El microprocesador elegido para equipar al IBM
Personal Computer/AT, que causó que fuera el más empleado en los PC-AT
compatibles entre mediados y finales de los años 1980 fue el Intel 80286
(también conocido simplemente como 286); es un microprocesador de 16 bits, de
la familia x86, que fue lanzado al mercado en 1982. Contaba con 134.000 transistores.
Las versiones finales alcanzaron velocidades de hasta 25 MHz.
Uno de los primeros procesadores de
arquitectura de 32 bits fue el 80386 de Intel, fabricado a mediados y fines de
la década de 1980; en sus diferentes versiones llegó a trabajar a frecuencias
del orden de los 40Mhz.
El microprocesador DEC Alpha se lanzó al
mercado en 1992, corriendo a 200 MHz en su primera versión, en tanto que el
Intel Pentium surgió en 1993 con una frecuencia de trabajo de 66Mhz. El
procesador Alpha, de tecnología RISC y arquitectura de 64 bits, marcó un hito,
declarándose como el más rápido del mundo, en su época. Llegó a 1Ghz de
frecuencia hacia el año 2001. Irónicamente, a mediados del 2003, cuando se
pensaba quitarlo de circulación, el Alpha aun encabezaba la lista de los
microprocesadores más rápidos de Estados Unidos.2
Los microprocesadores modernos tienen una
capacidad y velocidad mucho mayores, trabajan en arquitecturas de 64 bits,
integran más de 700 millones de transistores, como es en el caso de las serie Core
i7, y pueden operar a frecuencias normales algo superiores a los 3GHz
(3000MHz).
historia
El pionero de los
actuales microprocesadores: el 4004 de Intel.
Motorola 6800.
Zilog Z80 A.
Intel 80286, más
conocido como 286.
Intel 80486,
conocido también como 486SX de 33Mhz.
IBM PowerPC 601.
Parte posterior
de un Pentium Pro. Este chip en particular es de 200 MHz, con 256 KiB de caché
L2.
AMD K6 original.
Intel Pentium II;
se puede observar su estilo de zócalo diferente.
Intel Celeron
"Coppermine 128" de 600 MHz.
Intel Pentium
III.
Hasta los
primeros años de la década de 1970 los diferentes componentes electrónicos que
formaban un procesador no podían ser un único circuito integrado, era necesario
utilizar dos o tres "chips" para hacer una CPU (un era el
"ALU" - Arithmetical Logic Unit, el otro la " control
Unit", el otro el " Register Bank", etc..). En 1971 la compañía
Intel consiguió por primera vez poner todos los transistores que constituían un
procesador sobre un único circuito integrado, el"4004 "', nacía el
microprocesador.
Seguidamente se
expone una lista ordenada cronológicamente de los microprocesadores más
populares que fueron surgiendo. En la URSS se realizaron otros sistemas que
dieron lugar a la serie microprocesador Elbrus.
1971: El Intel 4004
El 4004 fue el
primer microprocesador del mundo, creado en un simple chip y desarrollado por
Intel. Era un CPU de 4 bits y también fue el primero disponible comercialmente.
Este desarrollo impulsó la calculadora de Busicom[1] e inició el camino para
dotar de «inteligencia» a objetos inanimados y así mismo, a la computadora
personal.
1972: El Intel 8008
Codificado
inicialmente como 1201, fue pedido a Intel por Computer Terminal Corporation
para usarlo en su terminal programable Datapoint 2200, pero debido a que Intel
terminó el proyecto tarde y a que no cumplía con la expectativas de Computer
Terminal Corporation, finalmente no fue usado en el Datapoint. Posteriormente
Computer Terminal Corporation e Intel acordaron que el i8008 pudiera ser
vendido a otros clientes.
1974: El SC/MP
El SC/MP
desarrollado por National Semiconductor, fue uno de los primeros
microprocesadores, y estuvo disponible desde principio de 1974. El nombre SC/MP
(popularmente conocido como «Scamp») es el acrónimo de Simple Cost-effective
Micro Processor (Microprocesador simple y rentable). Presenta un bus de
direcciones de 16 bits y un bus de datos de 8 bits. Una característica,
avanzada para su tiempo, es la capacidad de liberar los buses a fin de que
puedan ser compartidos por varios procesadores. Este microprocesador fue muy
utilizado, por su bajo costo, y provisto en kits, para propósitos educativos,
de investigación y para el desarrollo de controladores industriales diversos.
1974: El Intel 8080
EL 8080 se
convirtió en la CPU de la primera computadora personal, la Altair 8800 de MITS,
según se alega, nombrada en base a un destino de la Nave Espacial «Starship»
del programa de televisión Viaje a las Estrellas, y el IMSAI 8080, formando la
base para las máquinas que ejecutaban el sistema operativo CP/M-80. Los
fanáticos de las computadoras podían comprar un equipo Altair por un precio (en
aquel momento) de u$s395. En un periodo de pocos meses, se vendieron decenas de
miles de estas PC.
1975: Motorola 6800
Se fabrica, por
parte de Motorola, el Motorola MC6800, más conocido como 6800. Fue lanzado al
mercado poco después del Intel 8080. Su nombre proviene de que contenía
aproximadamente 6.800 transistores. Varios de los primeras microcomputadoras de
los años 1970 usaron el 6800 como procesador. Entre ellas se encuentran la
SWTPC 6800, que fue la primera en usarlo, y la muy conocida Altair 680. Este
microprocesador se utilizó profusamente como parte de un kit para el desarrollo
de sistemas controladores en la industria. Partiendo del 6800 se crearon varios
procesadores derivados, siendo uno de los más potentes el Motorola 6809
1976: El Z80
La compañía Zilog
Inc. crea el Zilog Z80. Es un microprocesador de 8 bits construido en
tecnología NMOS, y fue basado en el Intel 8080. Básicamente es una ampliación
de éste, con lo que admite todas sus instrucciones. Un año después sale al
mercado el primer computador que hace uso del Z80, el Tandy TRS-80 Model 1
provisto de un Z80 a 1,77 MHz y 4 KB de RAM. Es uno de los procesadores de más
éxito del mercado, del cual se han producido numerosas versiones clónicas, y
sigue siendo usado de forma extensiva en la actualidad en multitud de sistemas
embebidos. La compañía Zilog fue fundada 1974 por Federico Faggin, quien fue
diseñador jefe del microprocesador Intel 4004 y posteriormente del Intel 8080.
1978: Los Intel 8086 y 8088
Una venta
realizada por Intel a la nueva división de computadoras personales de IBM, hizo
que las PC de IBM dieran un gran golpe comercial con el nuevo producto con el
8088, el llamado IBM PC. El éxito del 8088 propulsó a Intel a la lista de las
500 mejores compañías, en la prestigiosa revista Fortune, y la misma nombró la
empresa como uno de Los triunfos comerciales de los sesenta.
1982: El Intel 80286
El 80286,
popularmente conocido como 286, fue el primer procesador de Intel que podría
ejecutar todo el software escrito para su predecesor. Esta compatibilidad del
software sigue siendo un sello de la familia de microprocesadores de Intel.
Luego de seis años de su introducción, había un estimado de 15 millones de PC
basadas en el 286, instaladas alrededor del mundo.
1985: El Intel 80386
Este procesador
Intel, popularmente llamado 386, se integró con 275000 transistores, más de 100
veces tantos como en el original 4004. El 386 añadió una arquitectura de 32
bits, con capacidad para multitarea y una unidad de traslación de páginas, lo
que hizo mucho más sencillo implementar sistemas operativos que usaran memoria
virtual.
1985: El VAX 78032
El microprocesador
VAX 78032 (también conocido como DC333), es de único chip y de 32 bits, y fue
desarrollado y fabricado por Digital Equipment Corporation (DEC); instalado en
los equipos MicroVAX II, en conjunto con su ship coprocesador de coma flotante
separado, el 78132, tenían una potencia cercana al 90% de la que podía entregar
el minicomputador VAX 11/780 que fuera presentado en 1977. Este microprocesador
contenía 125000 transistores, fue fabricado en tecnologóa ZMOS de DEC. Los
sistemas VAX y los basados en este procesador fueron los preferidos por la
comunidad científica y de ingeniería durante la década del 1980.
1989: El Intel 80486
La generación 486
realmente significó contar con una computadora personal de prestaciones
avanzadas, entre ellas,un conjunto de instrucciones optimizado, una unidad de
coma flotante o FPU, una unidad de interfaz de bus mejorada y una memoria caché
unificada, todo ello integrado en el propio chip del microprocesador. Estas
mejoras hicieron que los i486 fueran el doble de rápidos que el par i386 - i387
operando a la misma frecuencia de reloj. El procesador Intel 486 fue el primero
en ofrecer un coprocesador matemático o FPU integrado; con él que se aceleraron
notablemente las operaciones de cálculo. Usando una unidad FPU las operaciones
matemáticas más complejas son realizadas por el coprocesador de manera
prácticamente independiente a la función del procesador principal.
1991: El AMD AMx86
Procesadores
fabricados por AMD 100% compatible con los códigos de Intel de ese momento,
llamados «clones» de Intel, llegaron incluso a superar la frecuencia de reloj
de los procesadores de Intel y a precios significativamente menores. Aquí se
incluyen las series Am286, Am386, Am486 y Am586.
1993: PowerPC 601
Es un procesador
de tecnología RISC de 32 bits, en 50 y 66MHz. En su diseño utilizaron la
interfaz de bus del Motorola 88110. En 1991, IBM busca una alianza con Apple y
Motorola para impulsar la creación de este microprocesador, surge la alianza
AIM (Apple, IBM y Motorola) cuyo objetivo fue quitar el dominio que Microsoft e
Intel tenían en sistemas basados en los 80386 y 80486. PowerPC (abreviada PPC o
MPC) es el nombre original de la familia de procesadores de arquitectura de
tipo RISC, que fue desarrollada por la alinza AIM. Los procesadores de esta
familia son utilizados principalmente en computadores Macintosh de Apple
Computer y su alto rendimiento se debe fuertemente a su arquitectura tipo RISC.
1993: El Intel Pentium
El
microprocesador de Pentium poseía una arquitectura capaz de ejecutar dos
operaciones a la vez, gracias a sus dos pipeline de datos de 32bits cada uno,
uno equivalente al 486DX(u) y el otro equivalente a 486SX(u). Además, estaba
dotado de un bus de datos de 64 bits, y permitía un acceso a memoria de 64 bits
(aunque el procesador seguía manteniendo compatibilidad de 32 bits para las
operaciones internas, y los registros también eran de 32 bits). Las versiones
que incluían instrucciones MMX no sólo brindaban al usuario un más eficiente
manejo de aplicaciones multimedia, como por ejemplo, la lectura de películas en
DVD, sino que también se ofrecían en velocidades de hasta 233 MHz. Se incluyó
una versión de 200 MHz y la más básica trabajaba a alrededor de 166 MHz de
frecuencia de reloj. El nombre Pentium, se mencionó en las historietas y en
charlas de la televisión a diario, en realidad se volvió una palabra muy
popular poco después de su introducción.
1994: EL PowerPC 620
En este año IBM y
Motorola desarrollan el primer prototipo del procesador PowerPC de 64 bit[2],
la implementación más avanzada de la arquitectura PowerPC, que estuvo
disponible al año próximo. El 620 fue diseñado para su utilización en
servidores, y especialmente optimizado para usarlo en configuraciones de cuatro
y hasta ocho procesadores en servidores de aplicaciones de base de datos y
vídeo. Este procesador incorpora siete millones de transistores y corre a 133
MHz. Es ofrecido como un puente de migración para aquellos usuarios que quieren
utilizar aplicaciones de 64 bits, sin tener que renunciar a ejecutar
aplicaciones de 32 bits.
1995: EL Intel Pentium Pro
Lanzado al
mercado para el otoño de 1995, el procesador Pentium Pro (profesional) se
diseñó con una arquitectura de 32 bits. Se usó en servidores y los programas y
aplicaciones para estaciones de trabajo (de redes) impulsaron rápidamente su
integración en las computadoras. El rendimiento del código de 32 bits era
excelente, pero el Pentium Pro a menudo era más lento que un Pentium cuando
ejecutaba código o sistemas operativos de 16 bits. El procesador Pentium Pro
estaba compuesto por alrededor de 5,5 millones de transistores.
1996: El AMD K5
Habiendo
abandonado los clones, AMD fabricada con tecnologías análogas a Intel. AMD sacó
al mercado su primer procesador propio, el K5, rival del Pentium. La
arquitectura RISC86 del AMD K5 era más semejante a la arquitectura del Intel
Pentium Pro que a la del Pentium. El K5 es internamente un procesador RISC con
una Unidad x86- decodificadora, transforma todos los comandos x86 (de la
aplicación en curso) en comandos RISC. Este principio se usa hasta hoy en todas
las CPU x86. En la mayoría de los aspectos era superior el K5 al Pentium,
incluso de inferior precio, sin embargo AMD tenía poca experiencia en el
desarrollo de microprocesadores y los diferentes hitos de producción marcados
se fueron superando con poco éxito, se retrasó 1 año de su salida al mercado, a
razón de ello sus frecuencias de trabajo eran inferiores a las de la
competencia, y por tanto, los fabricantes de PC dieron por sentado que era
inferior.
1996: Los AMD K6 y AMD K6-2
Con el K6, AMD no
sólo consiguió hacerle seriamente la competencia a los Pentium MMX de Intel,
sino que además amargó lo que de otra forma hubiese sido un plácido dominio del
mercado, ofreciendo un procesador casi a la altura del Pentium II pero por un
precio muy inferior. En cálculos en coma flotante, el K6 también quedó por
debajo del Pentium II, pero por encima del Pentium MMX y del Pro. El K6 contó
con una gama que va desde los 166 hasta los más de 500 Mhz y con el juego de
instrucciones MMX, que ya se han convertido en estándares.
Más adelante se
lanzó una mejora de los K6, los K6-2 de 250 nanómetros, para seguir compitiendo
con los Pentium II, siendo éste último superior en tareas de coma flotante,
pero inferior en tareas de uso general. Se introduce un juego de instrucciones
SIMD denominado 3DNow!
1997: El Intel Pentium II
Un procesador de
7,5 millones de transistores, se busca entre los cambios fundamentales con
respecto a su predecesor, mejorar el rendimiento en la ejecución de código de
16 bits, añadir el conjunto de instrucciones MMX y eliminar la memoria caché de
segundo nivel del núcleo del procesador, colocándola en una tarjeta de circuito
impreso junto a éste. Gracias al nuevo diseño de este procesador, los usuarios
de PC pueden capturar, revisar y compartir fotografías digitales con amigos y
familia vía Internet; revisar y agregar texto, música y otros; con una línea
telefónica; el enviar vídeo a través de las líneas normales del teléfono
mediante Internet se convierte en algo cotidiano.
1998: El Intel Pentium II Xeon
Los procesadores
Pentium II Xeon se diseñan para cumplir con los requisitos de desempeño en
computadoras de medio-rango, servidores más potentes y estaciones de trabajo
(workstations). Consistente con la estrategia de Intel para diseñar productos
de procesadores con el objetivo de llenar segmentos de los mercados
específicos, el procesador Pentium II Xeon ofrece innovaciones técnicas
diseñadas para las estaciones de trabajo y servidores que utilizan aplicaciones
comerciales exigentes, como servicios de Internet, almacenamiento de datos corporativos,
creaciones digitales y otros. Pueden configurarse sistemas basados en este
procesador para integrar de cuatro o ocho procesadores trabajando en paralelo,
también más allá de esa cantidad.
1999: El Intel Celeron
Continuando la
estrategia, Intel, en el desarrollo de procesadores para los segmentos del
mercado específicos, el procesador Celeron es el nombre que lleva la línea de
de bajo costo de Intel. El objetivo fue poder, mediante ésta segunda marca,
penetrar en los mercados impedidos a los Pentium, de mayor rendimiento y
precio. Se diseña para el añadir valor al segmento del mercado de los PC.
Proporcionó a los consumidores una gran actuación a un bajo coste, y entregó un
desempeño destacado para usos como juegos y el software educativo.
1999: El AMD Athlon K7 (Classic y Thunderbird)
Procesador
totalmente compatible con la arquitectura x86. Internamente el Athlon es un
rediseño de su antecesor, pero se le mejoró substancialmente el sistema de coma
flotante (ahora con 3 unidades de coma flotante que pueden trabajar
simultáneamente) y se le incrementó la memoria caché de primer nivel (L1) a 128
KiB (64 KiB para datos y 64 KiB para instrucciones). Además incluye 512 KiB de
caché de segundo nivel (L2). El resultado fue el procesador x86 más potente del
momento.
El procesador
Athlon con núcleo Thunderbird apareció como la evolución del Athlon Classic. Al
igual que su predecesor, también se basa en la arquitectura x86 y usa el bus
EV6. El proceso de fabricación usado para todos estos microprocesadores es de
180 nanómetros. El Athlon Thunderbird consolidó a AMD como la segunda mayor
compañía de fabricación de microprocesadores, ya que gracias a su excelente
rendimiento (superando siempre al Pentium III y a los primeros Pentium IV de
Intel a la misma frecuencia de reloj) y bajo precio, la hicieron muy popular
tanto entre los entendidos como en los iniciados en la informática.
1999: El Intel Pentium III
El procesador
Pentium III ofrece 70 nuevas instrucciones Internet Streaming, las extensiones
de SIMD que refuerzan dramáticamente el desempeño con imágenes avanzadas, 3D,
añadiendo una mejor calidad de audio, video y desempeño en aplicaciones de
reconocimiento de voz. Fue diseñado para reforzar el área del desempeño en el
Internet, le permite a los usuarios hacer cosas, tales como, navegar a través
de páginas pesadas (con muchos gráficos), tiendas virtuales y transmitir
archivos video de alta calidad. El procesador se integra con 9,5 millones de
transistores, y se introdujo usando en él tecnología 250 nanómetros.
1999: El Intel Pentium III Xeon
El procesador
Pentium III Xeon amplía las fortalezas de Intel en cuanto a las estaciones de
trabajo (workstation) y segmentos de mercado de servidores, y añade una
actuación mejorada en las aplicaciones del comercio electrónico e informática
comercial avanzada. Los procesadores incorporan mejoras que refuerzan el
procesamiento multimedia, particularmente las aplicaciones de vídeo. La
tecnología del procesador III Xeon acelera la transmisión de información a través
del bus del sistema al procesador, mejorando el desempeño significativamente.
Se diseña pensando principalmente en los sistemas con configuraciones de
multiprocesador.
2000: EL Intel Pentium 4
Este es un
microprocesador de séptima generación basado en la arquitectura x86 y fabricado
por Intel. Es el primero con un diseño completamente nuevo desde el Pentium
Pro. Se estrenó la arquitectura NetBurst, la cual no daba mejoras considerables
respecto a la anterior P6. Intel sacrificó el rendimiento de cada ciclo para
obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las
instrucciones SSE.
2001: El AMD Athlon XP
Cuando Intel sacó
el Pentium 4 a 1,7 GHz en abril de 2001 se vio que el Athlon Thunderbird no
estaba a su nivel. Además no era práctico para el overclocking, entonces para
seguir estando a la cabeza en cuanto a rendimiento de los procesadores x86, AMD
tuvo que diseñar un nuevo núcleo, y sacó el Athlon XP. Este compatibilizaba las
instrucciones SSE y las 3DNow! Entre las mejoras respecto al Thunderbird se
puede mencionar la prerrecuperación de datos por hardware, conocida en inglés
como prefetch, y el aumento de las entradas TLB, de 24 a 32.
2004: El Intel Pentium 4 (Prescott)
A principios de
febrero de 2004, Intel introdujo una nueva versión de Pentium 4 denominada
'Prescott'. Primero se utilizó en su manufactura un proceso de fabricación de
90 nm y luego se cambió a 65nm. Su diferencia con los anteriores es que éstos
poseen 1 MiB o 2 MiB de caché L2 y 16 KiB de caché L1 (el doble que los
Northwood), prevención de ejecución, SpeedStep, C1E State, un HyperThreading
mejorado, instrucciones SSE3, manejo de instrucciones AMD64, de 64 bits creadas
por AMD, pero denominadas EM64T por Intel, sin embargo por graves problemas de
temperatura y consumo, resultaron un fracaso frente a los Athlon 64.
2004: El AMD Athlon 64
El AMD Athlon 64
es un microprocesador x86 de octava generación que implementa el conjunto de
instrucciones AMD64, que fueron introducidas con el procesador Opteron. El
Athlon 64 presenta un controlador de memoria en el propio circuito integrado
del microprocesador y otras mejoras de arquitectura que le dan un mejor
rendimiento que los anteriores Athlon y que el Athlon XP funcionando a la misma
velocidad, incluso ejecutando código heredado de 32 bits.El Athlon 64 también
presenta una tecnología de reducción de la velocidad del procesador llamada Cool'n'Quiet,:
cuando el usuario está ejecutando aplicaciones que requieren poco uso del
procesador, baja la velocidad del mismo y su tensión se reduce.
2006: EL Intel Core Duo
Intel lanzó ésta
gama de procesadores de doble núcleo y CPUs 2x2 MCM (módulo Multi-Chip) de
cuatro núcleos con el conjunto de instrucciones x86-64, basado en el la nueva
arquitectura Core de Intel. La microarquitectura Core regresó a velocidades de
CPU bajas y mejoró el uso del procesador de ambos ciclos de velocidad y energía
comparados con anteriores NetBurst de los CPU Pentium 4/D2. La
microarquitectura Core provee etapas de decodificación, unidades de ejecución,
caché y buses más eficientes, reduciendo el consumo de energía de CPU Core 2,
mientras se incrementa la capacidad de procesamiento. Los CPU de Intel han
variado muy bruscamente en consumo de energía de acuerdo a velocidad de
procesador, arquitectura y procesos de semiconductor, mostrado en las tablas de
disipación de energía del CPU. Esta gama de procesadores fueron fabricados de
65 a 45 nanómetros.
2007: El AMD Phenom
Phenom fue el
nombre dado por Advanced Micro Devices (AMD) a la primera generación de
procesadores de tres y cuatro núcleos basados en la microarquitectura K10. Como
característica común todos los Phenom tienen tecnología de 65 nanómetros
lograda a través de tecnología de fabricación Silicon on insulator (SOI). No
obstante, Intel, ya se encontraba fabricando mediante la más avanzada
tecnología de proceso de 45 nm en 2008. Los procesadores Phenom están diseñados
para facilitar el uso inteligente de energía y recursos del sistema, listos
para la virtualización, generando un óptimo rendimiento por vatio. Todas las
CPU Phenom poseen características tales como controlador de memoria DDR2
integrado, tecnología HyperTransport y unidades de coma flotante de 128 bits,
para incrementar la velocidad y el rendimiento de los cálculos de coma
flotante. La arquitectura Direct Connect asegura que los cuatro núcleos tengan
un óptimo acceso al controlador integrado de memoria, logrando un ancho de
banda de 16 Gb/s para intercomunicación de los núcleos del microprocesador y la
tecnología HyperTransport, de manera que las escalas de rendimiento mejoren con
el número de núcleos. Tiene caché L3 compartida para un acceso más rápido a los
datos (y así no depende tanto del tiempo de latencia de la RAM), además de
compatibilidad de infraestructura de los zócalos AM2, AM2+ y AM3 para permitir
un camino de actualización sin sobresaltos. A pesar de todo, no llegaron a
igualar el rendimiento de la serie Core 2 Duo.
2008: El Intel Core Nehalem
Intel Core i7 es
una familia de procesadores de cuatro núcleos de la arquitectura Intel x86-64.
Los Core i7 son los primeros procesadores que usan la microarquitectura Nehalem
de Intel y es el sucesor de la familia Intel Core 2. FSB es reemplazado por la
interfaz QuickPath en i7 e i5 (zócalo 1366), y sustituido a su vez en i7, i5 e
i3 (zócalo 1156) por el DMI eliminado el northBrige e implementando puertos PCI
Express directamente. Memoria de tres canales (ancho de datos de 192 bits):
cada canal puede soportar una o dos memorias DIMM DDR3. Las placa base
compatibles con Core i7 tienen cuatro (3+1) o seis ranuras DIMM en lugar de dos
o cuatro, y las DIMMs deben ser instaladas en grupos de tres, no dos. El
Hyperthreading fue reimplementado creando núcleos lógicos. Está fabricado a
arquitecturas de 45 nm y 32 nm y posee 731 millones de transistores su versión
más potente. Se volvió a usar frecuencias altas, aunque a contrapartida los
consumos se dispararon.
2008: Los AMD Phenom II y Athlon II
Phenom II es el
nombre dado por AMD a una familia de microprocesadores o CPUs multinúcleo
(multicore) fabricados en 45 nm, la cual sucede al Phenom original y dieron
soporte a DDR3. Una de las ventajas del paso de los 65 nm a los 45 nm, es que
permitió aumentar la cantidad de caché L3. De hecho, ésta se incrementó de una
manera generosa, pasando de los 2 MiB del Phenom original a 6 MiB.
Entre ellos, el
Amd Phenom II X2 BE 555 de doble núcleo surge como el procesador binúcleo del
mercado. También se lanzan tres Athlon II con sólo Caché L2, pero con buena
relación precio/rendimiento. El Amd Athlon II X4 630 corre a 2,8 GHz. El Amd
Athlon II X4 635 continua la misma línea.
AMD también lanza
un triple núcleo, llamado Athlon II X3 440, así como un doble núcleo Athlon II
X2 255. También sale el Phenom X4 995, de cuatro núcleos, que corre a más de
3,2GHz. También AMD lanza la familia Thurban con 6 núcleos físicos dentro del
encapsulado
2011: El Intel Core Sandy Bridge
Llegan para
remplazar los chips Nehalem, con Intel Core i3, Intel Core i5 e Intel Core i7
serie 2000 y Pentium G.
Intel lanzó sus
procesadores que se conocen con el nombre en clave Sandy Bridge. Estos
procesadores Intel Core que no tienen sustanciales cambios en arquitectura
respecto a nehalem, pero si los necesarios para hacerlos más eficientes y
rápidos que los modelos anteriores. Es la segunda generación de los Intel Core
con nuevas instrucciones de 256 bits, duplicando el rendimiento, mejorando el
desempeño en 3D y todo lo que se relacione con operación en multimedia.
Llegaron la primera semana de enero del 2011. Incluye nuevo conjunto de
instrucciones denominado AVX y una GPU integrada de hasta 12 unidades de
ejecución
2011: El AMD Fusion
AMD Fusion es el
nombre clave para un diseño futuro de microprocesadores Turion, producto de la
fusión entre AMD y ATI, combinando con la ejecución general del procesador, el
proceso de la geometría 3D y otras funciones de GPUs actuales. La GPU
(procesador gráfico) estará integrada en el propio microprocesador. Se espera
la salida progresiva de esta tecnología a lo largo del 2011; estando
disponibles los primeros modelos (Ontaro y Zacate) para ordenadores de bajo
consumo entre últimos meses de 2010 y primeros de 2011, dejando el legado de
las gamas medias y altas (Llano, Brazos y Bulldozer para mediados o finales del
2011)
2012: El Intel Core Ivy Bridge
Ivy Bridge es el
nombre en clave de los procesadores conocidos como Intel Core de tercera
generación. Son por tanto sucesores de los micros que aparecieron a principios
de 2011, cuyo nombre en clave es Sandy Bridge. Pasamos de los 32 nanómetros de
ancho de transistor en Sandy Bridge a los 22 de Ivy Bridge. Esto le permite
meter el doble de ellos en la misma área. Un mayor número de transistores
significa que puedes poner más bloques funcionales dentro del chip. Es decir,
este será capaz de hacer un mayor número de tareas al mismo tiempo.
Funcionamiento
Desde el punto de
vista lógico, singular y funcional, el microprocesador está compuesto
básicamente por: varios registros, una unidad de control, una unidad aritmético
lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad de coma
flotante.
El
microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios
organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las
instrucciones se puede realizar en varias fases:
Prefetch, prelectura de la instrucción desde
la memoria principal.
Fetch, envío de la instrucción al
decodificador
Decodificación de la instrucción, es decir,
determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer.
Lectura de operandos (si los hay).
Ejecución, lanzamiento de las máquinas de
estado que llevan a cabo el procesamiento.
Escritura de los resultados en la memoria
principal o en los registros.
Cada una de estas
fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura
del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de
estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser
inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un
solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador se conecta a un
circuito PLL, normalmente basado en un cristal de cuarzo capaz de generar
pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un
segundo. Este reloj, en la actualidad, genera miles de megahercios.
Rendimiento
El rendimiento
del procesador puede ser medido de distintas maneras, hasta hace pocos años se
creía que la frecuencia de reloj era una medida precisa, pero ese mito,
conocido como «mito de los megahertzios» se ha visto desvirtuado por el hecho
de que los procesadores no han requerido frecuencias más altas para aumentar su
potencia de cómputo.
Durante los
últimos años esa frecuencia se ha mantenido en el rango de los 1,5 GHz a 4 GHz,
dando como resultado procesadores con capacidades de proceso mayores comparados
con los primeros que alcanzaron esos valores. Además la tendencia es a
incorporar más núcleos dentro de un mismo encapsulado para aumentar el
rendimiento por medio de una computación paralela, de manera que la velocidad
de reloj es un indicador menos fiable aún. De todas maneras, una forma fiable
de medir la potencia de un procesador es mediante la obtención de las
Instrucciones por ciclo
Medir el
rendimiento con la frecuencia es válido únicamente entre procesadores con
arquitecturas muy similares o iguales, de manera que su funcionamiento interno
sea el mismo: en ese caso la frecuencia es un índice de comparación válido.
Dentro de una familia de procesadores es común encontrar distintas opciones en
cuanto a frecuencias de reloj, debido a que no todos los chip de silicio tienen
los mismos límites de funcionamiento: son probados a distintas frecuencias,
hasta que muestran signos de inestabilidad, entonces se clasifican de acuerdo
al resultado de las pruebas.
Esto se podría
reducir en que los procesadores son fabricados por lotes con diferentes
estructuras internas atendiendo a gamas y extras como podría ser una memoria
caché de diferente tamaño, aunque no siempre es así y las gamas altas difieren
muchísimo más de las bajas que simplemente de su memoria caché. Después de
obtener los lotes según su gama, se someten a procesos en un banco de pruebas,
y según su soporte a las temperaturas o que vaya mostrando signos de
inestabilidad, se le adjudica una frecuencia, con la que vendrá programado de
serie, pero con prácticas de overclock se le puede incrementar
La capacidad de
un procesador depende fuertemente de los componentes restantes del sistema,
sobre todo del chipset, de la memoria RAM y del software. Pero obviando esas
características puede tenerse una medida aproximada del rendimiento de un
procesador por medio de indicadores como la cantidad de operaciones de coma
flotante por unidad de tiempo FLOPS, o la cantidad de instrucciones por unidad
de tiempo MIPS. Una medida exacta del rendimiento de un procesador o de un
sistema, es muy complicada debido a los múltiples factores involucrados en la
computación de un problema, por lo general las pruebas no son concluyentes
entre sistemas de la misma generación.
Arquitectura
El
microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En
otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos
realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia
de la computadora digital ayuda a entender el microprocesador. El hizo posible
la fabricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El
microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad
procesadora central (CPU) de una computadora digital. El microprocesador es
algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el
microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador se
puede diferenciar diversas partes:
Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de
silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por
oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo
acoplaran a su zócalo a su placa base.
Memoria caché: es una memoria ultrarrápida que
emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que
«predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que
acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de
datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de
primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a
él. Los micros más modernos (Core i3,Core i5 ,core i7,etc) incluyen también en
su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la
caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o
L3.
Coprocesador matemático: unidad de coma
flotante. Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos
matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip.
Esta parte esta considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la
unidad de control, memoria y bus de datos.
Registros: son básicamente un tipo de memoria
pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos
particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de
registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son
diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en
algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
Memoria: es el lugar donde el procesador
encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como
las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede
desde allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función
esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso.
Puertos: es la manera en que el procesador se
comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono.
Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador
necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador
utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes
especiales.
Fabricación
Procesadores de
silicio
El proceso de
fabricación de un microprocesador es muy complejo. Todo comienza con un buen
puñado de arena (compuesta básicamente de silicio), con la que se fabrica un
monocristal de unos 20 x 150 centímetros. Para ello, se funde el material en
cuestión a alta temperatura (1.370 °C) y muy lentamente (10 a 40 mm por hora)
se va formando el cristal.
De este cristal,
de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y la superficie exterior,
de forma de obtener un cilindro perfecto. Luego, el cilindro se corta en obleas
de 10 micras de espesor, la décima parte del espesor de un cabello humano,
utilizando una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen miles de obleas,
y de cada oblea se fabricarán varios cientos de microprocesadores.
Silicio.
Estas obleas son
pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana, pasan por un proceso
llamado “annealing”, que consiste en someterlas a un calentamiento extremo para
eliminar cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia.
Después de una supervisión mediante láseres capaz de detectar imperfecciones
menores a una milésima de micra, se recubren con una capa aislante formada por
óxido de silicio transferido mediante deposición de vapor.
De aquí en
adelante, comienza el proceso del «dibujado» de los transistores que
conformarán a cada microprocesador. A pesar de ser muy complejo y preciso,
básicamente consiste en la “impresión” de sucesivas máscaras sobre la oblea,
sucediéndose la deposición y eliminación de capas finísimas de materiales
conductores, aislantes y semiconductores, endurecidas mediante luz ultravioleta
y atacada por ácidos encargados de eliminar las zonas no cubiertas por la
impresión. Salvando las escalas, se trata de un proceso comparable al visto
para la fabricación de circuitos impresos. Después de cientos de pasos, entre
los que se hallan la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el
grabado, la implantación iónica y la deposición de capas; se llega a un complejo
«bocadillo» que contiene todos los circuitos interconectados del
microprocesador.
Un transistor
construido en tecnología de 45 nanómetros tiene un ancho equivalente a unos 200
electrones. Eso da una idea de la precisión absoluta que se necesita al momento
de aplicar cada una de las máscaras utilizadas durante la fabricación.
Una oblea de
silicio grabada.
Los detalles de
un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo
puede destruir todo un grupo de circuitos. Las salas empleadas para la
fabricación de microprocesadores se denominan salas limpias, porque el aire de
las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está prácticamente libre de
polvo. Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan de clase 1. La
cifra indica el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede
haber en un pie cúbico (0,028 m3) de aire. Como comparación, un hogar normal
sería de clase 1 millón. Los trabajadores de estas plantas emplean trajes
estériles para evitar que restos de piel, polvo o pelo se desprendan de sus
cuerpos.
Una vez que la
oblea ha pasado por todo el proceso litográfico, tiene “grabados” en su
superficie varios cientos de microprocesadores, cuya integridad es comprobada
antes de cortarlos. Se trata de un proceso obviamente automatizado, y que
termina con una oblea que tiene grabados algunas marcas en el lugar que se
encuentra algún microprocesador defectuoso.
La mayoría de los
errores se dan en los bordes de la oblea, dando como resultados chips capaces de
funcionar a velocidades menores que los del centro de la oblea o simplemente
con características desactivadas, tales como núcleos. Luego la oblea es cortada
y cada chip individualizado. En esta etapa del proceso el microprocesador es
una pequeña placa de unos pocos milímetros cuadrados, sin pines ni cápsula
protectora.
Cada una de estas
plaquitas será dotada de una cápsula protectora plástica (en algunos casos
pueden ser cerámicas) y conectada a los cientos de pines metálicos que le
permitirán interactuar con el mundo exterior. Estas conexiones se realizan
utilizando delgadísimos alambres, generalmente de oro. De ser necesario, la
cápsula es provista de un pequeño disipador térmico de metal, que servirá para
mejorar la transferencia de calor desde el interior del chip hacia el disipador
principal. El resultado final es un microprocesador como los que equipan a los
computadores.
También se están
desarrollando alternativas al silicio puro, tales como el carburo de silicio
que mejora la conductividad del material, permitiendo mayores frecuencias de
reloj; aunque aún se encuentra en investigación.
Otros materiales
Aunque la gran
mayoría de la producción de circuitos integrados se basa en el silicio, no se
puede omitir la utilización de otros materiales tales como el germanio; tampoco
las investigaciones actuales para conseguir hacer operativo un procesador
desarrollado con materiales de características especiales como el grafeno o la
molibdenita3 .
Empaquetado
Empaquetado de un
procesador Intel 80486 en un empaque de cerámica.
Los
microprocesadores son circuitos integrados y como tal están formados por un
chip de silicio y un empaque con conexiones eléctricas. En los primeros
procesadores el empaque se fabricaba con plásticos epoxicos o con cerámicas en
formatos como el DIP entre otros. El chip se pegaba con un material
térmicamente conductor a una base y se conectaba por medio de pequeños alambres
a unas pistas terminadas en pines. Posteriormente se sellaba todo con una placa
metálica u otra pieza del mismo material de la base de manera que los alambres
y el silicio quedaran encapsulados.
Empaquetado de un
procesador PowerPC con Flip-Chip, se ve el chip de silicio.
En la actualidad
los microprocesadores de diversos tipos (incluyendo procesadores gráficos) se
ensamblan por medio de la tecnología Flip chip. El chip semiconductor es
soldado directamente a un arreglo de pistas conductoras (en el sustrato
laminado) con la ayuda de unas microesferas que se depositan sobre las obleas
de semiconductor en las etapas finales de su fabricación. El sustrato laminado
es una especie de circuito impreso que posee pistas conductoras hacia pines o
contactos, que a su vez servirán de conexión entre el chip semiconductor y un
zócalo de CPU o una placa base.<4>
Antiguamente las
conexión del chip con los pines se realizaba por medio de microalambres de
manera que quedaba boca arriba, con el método Flip Chip queda boca abajo, de
ahí se deriva su nombre. Entre las ventajas de este método esta la simplicidad
del ensamble y en una mejor disipación de calor. Cuando la pastilla queda
bocabajo presenta el sustrato base de silicio de manera que puede ser enfriado
directamente por medio de elementos conductores de calor. Esta superficie se
aprovecha también para etiquetar el integrado. En los procesadores para
computadores de escritorio, dada la vulnerabilidad de la pastilla de silicio,
se opta por colocar una placa de metal, por ejemplo en los procesadores Athlon
como el de la primera imagen. En los procesadores de Intel también se incluye
desde el Pentium III de más de 1 Ghz.
Disipación de
calor
Artículo
principal: Disipador.
Con el aumento de
la cantidad de transistores integrados en un procesador, el consumo de energía se
ha elevado a niveles en los cuales la disipación calórica natural del mismo no
es suficiente para mantener temperaturas aceptables y que no se dañe el
material semiconductor, de manera que se hizo necesario el uso de mecanismos de
enfriamiento forzado, esto es, la utilización de disipadores de calor.
Entre ellos se
encuentran los sistemas sencillos, tales como disipadores metálicos, que
aumentan el área de radiación, permitiendo que la energía salga rápidamente del
sistema. También los hay con refrigeración líquida, por medio de circuitos
cerrados.
En los
procesadores más modernos se aplica en la parte superior del procesador, una
lámina metálica denominada IHS que va a ser la superficie de contacto del
disipador para mejorar la refrigeración uniforme del die y proteger las
resistencias internas de posibles tomas de contacto al aplicar pasta térmica.
Varios modelos de procesadores, en especial, los Athlon XP, han sufrido
cortocircuitos debido a una incorrecta aplicación de la pasta térmica.
Para las prácticas
de overclock extremo, se llegan a utilizar elementos químicos tales como hielo
seco, y en casos más extremos, nitrógeno líquido, capaces de rondar
temperaturas por debajo de los -190 grados Celsius y el helio líquido capaz de
rondar temperaturas muy próximas al cero absoluto. De esta manera se puede
prácticamente hasta triplicar la frecuencia de reloj de referencia de un
procesador de silicio. El límite físico del silicio es de 10 GHz, mientras que
el de otros materiales como el grafeno puede llegar a 1 THz4
Conexión con el
exterior
Artículo
principal: Zócalo de CPU.
Superficies de
contacto en un procesador Intel para zócalo LGA 775.
El
microprocesador posee un arreglo de elementos metálicos que permiten la
conexión eléctrica entre el circuito integrado que conforma el microprocesador
y los circuitos de la placa base. Dependiendo de la complejidad y de la
potencia, un procesador puede tener desde 8 hasta más de 2000 elementos
metálicos en la superficie de su empaque. El montaje del procesador se realiza
con la ayuda de un zócalo de CPU soldado sobre la placa base. Generalmente
distinguimos tres tipos de conexión:
PGA: Pin Grid Array: La conexión se realiza
mediante pequeños alambres metálicos repartidos a lo largo de la base del
procesador introduciéndose en la placa base mediante unos pequeños agujeros, al
introducir el procesador, una palanca anclará los pines para que haga buen contacto
y no se suelten.
BGA: Ball Grid Array: La conexión se realiza
mediante bolas soldadas al procesador que hacen contacto con el zócalo
LGA: Land Grid Array: La conexión se realiza
mediante superficies de contacto lisas con pequeños pines que incluye la placa
base.
Entre las
conexiones eléctricas están las de alimentación eléctrica de los circuitos
dentro del empaque, las señales de reloj, señales relacionadas con datos,
direcciones y control; estas funciones están distribuidas en un esquema
asociado al zócalo, de manera que varias referencias de procesador y placas
base son compatibles entre ellos, permitiendo distintas configuraciones.
Buses del
procesador
Todos los
procesadores poseen un bus principal o de sistema por el cual se envían y
reciben todos los datos, instrucciones y direcciones desde los integrados del
chipset o desde el resto de dispositivos. Como puente de conexión entre el
procesador y el resto del sistema, define mucho del rendimiento del sistema, su
velocidad se mide en bits por segundo.
Ese bus puede ser
implementado de distintas maneras, con el uso de buses seriales o paralelos y
con distintos tipos de señales eléctricas. La forma más antigua es el bus
paralelo en el cual se definen líneas especializadas en datos, direcciones y
para control.
En la
arquitectura tradicional de Intel (usada hasta modelos recientes), ese bus se
llama front-side bus y es de tipo paralelo con 64 líneas de datos, 32 de
direcciones además de múltiples líneas de control que permiten la transmisión
de datos entre el procesador y el resto del sistema. Este esquema se ha
utilizado desde el primer procesador de la historia, con mejoras en la
señalización que le permite funcionar con relojes de 333 Mhz haciendo 4
transferencias por ciclo.5
En algunos
procesadores de AMD y en el Intel Core i7 se han usado otros tipos para el bus
principal de tipo serial. Entre estos se encuentra el bus HyperTransport de
AMD, que maneja los datos en forma de paquetes usando una cantidad menor de
líneas de comunicación, permitiendo frecuencias de funcionamiento más altas y
en el caso de Intel, Quickpath
Los
microprocesadores de Intel y de AMD (desde antes) poseen además un controlador
de memoria de acceso aleatorio en el interior del encapsulado lo que hace
necesario la implementación de buses de memoria del procesador hacia los
módulos. Ese bus esta de acuerdo a los estándares DDR de JEDEC y consisten en
líneas de bus paralelo, para datos, direcciones y control. Dependiendo de la
cantidad de canales pueden existir de 1 a 4 buses de memoria
